[发明专利]一种产生并行超分辨焦斑的方法和装置

说明书

本发明公开了一种产生并行超分辨焦斑的方法，具体为：使用空间光调制器将激光器发出的激发光调制为多焦点的高斯光斑；激光器发出的耗尽光经过偏振分束器和方向垂直的两个光栅分成四束耗尽光，并在物镜后焦面干涉生成多焦点的空心光斑；多焦点空心耗尽光抑制多焦点高斯激发光外圈激发的荧光分子发出荧光，从而并行地获得远小于衍射极限的有效荧光信号进行显微成像和激光直写光刻。本发明还公开一种产生并行超分辨焦斑的装置。本发明能够实现超高速和超高分辨率的受激发射损耗显微成像和激光直写光刻加工。

技术领域

本发明属于光学工程领域，特别涉及一种产生并行超分辨焦斑的方法和装置。

背景技术

随着科学技术水平的不断发展，人们对微观世界的观察和操纵手段要求不断提高，因此迫切需要在亚50纳米尺度上发展光学感知与操控能力。而受激发射耗尽技术就是最常见的用于突破衍射极限进行光学感知和操控的技术手段。但是受激发射耗尽技术依赖于单点扫描方式，其运行速度受到较大的限制。因此，我们需要一种能够产生多个超分辨焦斑的技术来并行地实现快速超高分辨率的显微成像和激光直写光刻。

发明内容

本发明的目的为提供一种产生并行超分辨焦斑的方法，利用该方法可以显著提高受激发射损耗技术的速度。

本发明的另一目的为提供一种实现上述方法的产生并行超分辨焦斑装置，该装置可用于实现上述方法，使用空间光调制器使激发激光器发出的激发光分成n个实心激发光斑，再将损耗激光器发出的损耗光分成四个光束，并在后焦面发生干涉生成对应的n个空心损耗光斑，样品激发出的受激发射损耗荧光，进行显微成像和激光直写光刻后被对应的n个探测器分别接收，能够极大地提高普通受激发射损耗技术的成像速度。

为了实现上述目的，本发明提供的产生并行超分辨焦斑方法包括以下步骤：

1)激发激光器发出激发光，将其准直后转换为线偏振激发光，使用空间光调制器对所述线偏振激发光进行相位调制，生成n个高斯激发光束；

2)使用四分之一波片将所述相位调制后的线偏振激发光转换为圆偏振激发光，所述圆偏振激发光在二维扫描振镜系统的调制下投射在待测样品上进行二维扫描；

3)损耗激光器发出损耗光，将其准直后经过偏振分束器分为两束线偏振损耗光，所述两束线偏振损耗光分别经过光栅最终生成四束线偏振损耗光；

4)所述四束线偏振损耗光经过四分之一波片后转换为圆偏振光，再经过二维扫描振镜系统，聚焦在待测样品上产生干涉，形成n个空心损耗光斑；

5)损耗光斑将高斯激发光斑的外圈激发的荧光分子提前损耗掉，从而获得n个半高全宽更小的有效受激发射损耗荧光信号进行显微成像和激光直写光刻，再使用n个探测器接收所述待测样品在二维扫描过程中发出的n个有效荧光信号。

其中，所述线偏振激发光为p偏振光，因为空间光调制器只能调制p偏振光。

其中，将线偏振激发光转换为圆偏光再对样品进行扫描是为了使投射到样品上的光斑光强分布更均匀。

其中，根据需要的视场设置二维扫描振镜系统的扫描范围。

其中，所述经过偏振分束器的两束线偏振损耗光的偏振态互相垂直。

其中，所述激发光斑和损耗光斑一一对准。

本发明的原理如下：